DE102018108023A1 - Method for feeding electrical power into an electrical supply network - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mittels einer dezentralen Einspeiseeinheit, insbesondere mittels wenigstens einer Windenergieanlage, wobei die Einspeiseeinheit zum Einspeisen der elektrischen Leistung an einen Netzverknüpfungspunkt angeschlossen ist, der Netzverknüpfungspunkt unmittelbar oder über eine Anschlussverbindung mit einem Transformatorpunkt verbunden ist, zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Netzverknüpfungspunkt an den Transformatorpunkt, ggf. über die Anschlussverbindung, der Transformatorpunkt über einen Transformator mit einem Netzabschnitt verbunden ist, zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Transformatorpunkt über den Transformator zum Netzabschnitt, umfassend die Schritte Einspeisen elektrischer Wirkleistung in das elektrische Versorgungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt, Einspeisen elektrischer Blindleistung in das elektrische Versorgungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt, Erfassen einer durchzuführenden Änderung der einzuspeisenden Wirkleistung, Verändern der eingespeisten Wirkleistung entsprechend der erfassten, durchzuführenden Änderung, und Begrenzen einer zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung beim Verändern der eingespeisten Wirkleistung und/oder unmittelbar danach, um einer Spannungserhöhung am Transformatorpunkt und/oder im Netzabschnitt entgegen zu wirken, und/oder temporäres Aktivieren einer Spannungsregelung in Abhängigkeit des Veränderns der eingespeisten Wirkleistung, um während und/oder unmittelbar nach dem Verändern der eingespeisten Wirkleistung eine Spannungsregelung an einem Referenzpunkt, insbesondere am Netzverknüpfungspunkt durchzuführen, um die Spannung am Referenzpunkt bzw. Netzverknüpfungspunkt dynamisch auszuregeln, und/oder entlang einer Trajektorie zu führen, insbesondere entlang einer Rampe.The invention relates to a method for feeding electrical power into an electrical supply network by means of a decentralized feed unit, in particular by means of at least one wind turbine, wherein the feed unit is connected to supply a grid connection point for feeding the electrical power, the network connection point is connected directly or via a connection connection with a transformer point for transmitting the electrical power from the grid connection point to the transformer point, optionally via the terminal connection, the transformer point is connected via a transformer to a grid section for transmitting the electrical power from the transformer point via the transformer to the grid section, comprising the steps of injecting electrical real power into the electrical supply network at the grid connection point, feeding reactive electrical power into the electrical grid at the grid interconnection Vibration point, detecting a change to be made to be fed active power, changing the injected active power according to the detected, to be performed change, and limiting a change over time of the injected reactive power when changing the injected active power and / or immediately thereafter to a voltage increase at the transformer point and / or in the network section counteract, and / or temporarily activating a voltage regulation as a function of changing the injected active power to perform a voltage regulation at a reference point, in particular at the network connection point during and / or immediately after changing the injected active power to the voltage at the reference point or network connection point dynamically correct, and / or to guide along a trajectory, in particular along a ramp.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mittels einer dezentralen Einspeiseeinheit, insbesondere mittels wenigstens einer Windenergieanlage oder eines Windparks. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Windenergieanlage, die ein solches Verfahren ausführen kann und die Erfindung betrifft auch einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen, wobei der Windpark ein solches Verfahren ausführen kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Windpark, der ein solches Verfahren zum Einspeisen mittels seiner Windenergieanlagen durchführen kann.The present invention relates to a method for feeding electrical power into an electrical supply network by means of a decentralized feed unit, in particular by means of at least one wind energy plant or a wind farm. Furthermore, the present invention relates to a corresponding wind turbine, which can perform such a method and the invention also relates to a wind farm with multiple wind turbines, the wind farm can perform such a method. In particular, the present invention also relates to a wind farm that can perform such a method of feeding by means of its wind turbines.
Windenergieanlagen, Windparks oder andere dezentrale Einspeiseeinheiten können heutzutage nicht nur im Netzparallelbetrieb in das elektrische Versorgungsnetz einspeisen, sondern sie können auch einen Beitrag zum Steuern und Stabilisieren des elektrischen Versorgungsnetzes leisten. Eine grundsätzliche Situation, die darunter fällt ist, dass bei einem Leistungsüberangebot solche dezentralen Einspeiseeinheiten ihre eingespeiste Leistung auf eine entsprechende Anforderung hin, die bspw. vom Netzbetreiber kommen kann, reduzieren müssen. Besonders Windenergieanlagen, Windparks oder andere dezentrale Einspeiseeinheiten, die mittels eines Wechselrichters bzw. Wechselrichtertechnologie einspeisen, können ihre Leistung sehr schnell, nämlich innerhalb weniger Sekunden, z.B. 5 Sekunden oder noch weniger, reduzieren.Wind turbines, wind farms or other decentralized feed-in units can nowadays not only feed into the electrical supply grid in grid parallel operation, but they can also make a contribution to controlling and stabilizing the electrical supply grid. A fundamental situation, which falls under the fact that in the case of an excess supply such decentralized feed-in units have to reduce their fed-in power to a corresponding requirement, which may, for example, come from the grid operator. In particular, wind turbines, wind farms or other decentralized feed-in units that feed by means of an inverter or inverter technology, their power very quickly, namely within a few seconds, e.g. 5 seconds or less.
Ein solches schnelles Regelverhalten bzw. eine solche schnelle Regelfähigkeit kann sehr vorteilhaft zum Regeln des elektrischen Versorgungsnetzes sein, es können aber auch unerwünschte Effekte auftreten. Häufig ist es so, dass eine solche dezentrale Einspeiseeinheit mit einem zumindest temporär vorgegebenen cos(cp) einspeist, der kleiner als
Wird nun die beschriebene Leistungsreduzierung durchgeführt, wird also der eingespeiste Strom reduziert. Bei unverändertem Phasenwinkel bleibt also auch der
Grundsätzlich können Spannungsänderungen, besonders am Umspannwerk, durch einen entsprechenden Stufentransformator ausgeglichen werden. Der Stufentransformator ändert dann besonders durch mechanische Veränderung eines entsprechenden Abgriffs das wirksame Wicklungsverhältnis von Primär- zu Sekundärseite bzw. umgekehrt und ändert damit sein Übertragungsverhalten. Eine Spannungsänderung kann somit durch entsprechendes Verstellen des Stufentransformators ausgeglichen werden. Bekannte Stufentransformatoren sind aber üblicherweise nicht dazu in der Lage, eine so schnelle Spannungsänderung auszugleichen, wie sie durch die schnelle Änderung der eingespeisten Leistung mittels der dezentralen Einspeiseeinheit erreicht werden kann. Es entsteht also kurzfristig durch die fehlende Blindleistung eine Spannungsüberhöhung an der Primärseite, die nicht sofort ausgeregelt werden kann und damit besonders als Spannungsspitze in dem elektrischen Versorgungsnetz auftreten kann.In principle, voltage changes, especially at the substation, can be compensated by a corresponding step transformer. The tapped transformer then changes the effective winding ratio of primary to secondary side or vice versa, in particular by mechanically changing a corresponding tap, and thus changes its transmission behavior. A voltage change can thus be compensated by appropriate adjustment of the tapped transformer. However, known step transformers are usually not able to compensate for such a rapid voltage change as can be achieved by the rapid change of the fed power by means of the decentralized feed unit. Thus, due to the lack of reactive power, there is a short-term increase in the voltage on the primary side, which can not be corrected immediately and thus can occur particularly as a voltage spike in the electrical supply network.
Um dem entgegen zu wirken ist es bekannt, das Regelverhalten solcher dezentralen Einspeiseeinheiten künstlich zu verlangsamen. Häufig ist die gewünschte Leistungsreduzierung frühzeitig bekannt, weil sie bspw. zur Schallreduzierung zu einer gewissen Uhrzeit ein Reduzieren des Betriebs einer Windenergieanlage vorsieht. Wenn also bspw. aus Schallreduzierungsgründen um acht Uhr abends der Betrieb einer Windenergieanlage zu reduzieren ist, kann damit schon um fünf Minuten vor acht oder zehn Minuten vor acht begonnen werden, in dem zu diesem früheren Zeitpunkt die Leistung dann mittels einer entsprechenden Rampe langsam reduziert wird, so dass die Leistung dann um acht Uhr abends tatsächlich den reduzierten Wert erreicht hat. Eine solche Maßnahme führt aber zu einem Ertragsverlust, weil nämlich schon früher als notwendig eine Leistungsreduzierung vorgenommen wird.To counteract this, it is known to artificially slow down the control behavior of such decentralized feed-in units. Frequently, the desired power reduction is known early, because it provides, for example, to reduce noise at a certain time reducing the operation of a wind turbine. If, for example, for reasons of sound reduction at eight o'clock in the evening the operation of a wind energy plant is to be reduced, this can already be started at five minutes before eight or ten minutes before eight, when the power is then slowly reduced by means of a corresponding ramp at this earlier time so that the power actually reached the reduced value at eight o'clock in the evening. However, such a measure leads to a loss of revenue, because even earlier than necessary, a power reduction is made.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der o.g. Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, bei der bei dezentralen Einspeiseeinheiten eine Leistungsreduzierung mit möglichst wenig Ertragseinbuße durchgeführt werden kann. Zumindest soll zu bisher bekannten Verfahren eine Alternative vorgeschlagen werden.The present invention is therefore based on the object to address at least one of the above problems. In particular, a solution should be proposed in which decentralized Einspeiseeinheiten a power reduction with the least possible loss of income can be performed. At least should be proposed to previously known methods an alternative.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren betrifft somit das Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mittels einer dezentralen Einspeiseeinheit. Die dezentrale Einspeiseeinheit kann insbesondere eine Windenergieanlage oder mehrere Windenergieanlagen sein, insbesondere kann sie einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen ausbilden. Die Einspeiseeinheit ist zum Einspeisen der elektrischen Leistung an einen Netzverknüpfungspunkt angeschlossen. Der Netzverknüpfungspunkt ist wiederum über eine Anschlussverbindung mit einem Transformatorpunkt verbunden, nämlich zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Netzverknüpfungspunkt über die Anschlussverbindung an den Transformator. Der Transformatorpunkt ist wiederum über einen Transformator mit einem Netzabschnitt verbunden, zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Transformatorpunkt über den Transformator zum Netzabschnitt. Entsprechend umfasst diese Topologie also die Einspeiseeinheit, den Netzverknüpfungspunkt, die Anschlussverbindung und den Transformator, der schließlich an einem Netzabschnitt angeschlossen ist.According to the invention, a method according to claim 1 is proposed. This method thus relates to the feeding of electrical power into an electrical supply network by means of a decentralized feed unit. The decentralized feed-in unit may in particular be a wind energy plant or several wind power plants, in particular it may form a wind farm with several wind turbines. The feed unit is connected to a grid connection point for feeding the electrical power. The grid connection point is in turn connected via a connection connection to a transformer point, namely for transmitting the electrical power from the grid connection point via the connection connection to the transformer. The transformer point is in turn connected via a transformer to a network section for transmitting the electrical power from the transformer point via the transformer to the network section. Accordingly, this topology thus includes the feed-in unit, the network connection point, the connection connection and the transformer, which is finally connected to a network section.
Diese Topologie voraussetzend wird elektrische Wirkleistung in das elektrische Versorgungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt eingespeist. Außerdem wird elektrische Blindleistung an dem Netzverknüpfungspunkt in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist. Weiterhin wird eine durchzuführende Änderung der einzuspeisenden Wirkleistung erfasst. Es wird also bspw. erfasst, wenn demnächst oder zu einem bestimmten Zeitpunkt die Wirkleistung erhöht oder verringert werden soll. Entsprechend wird die eingespeiste Wirkleistung verändert.Presupposing this topology, active electrical power is fed into the electrical supply network at the grid connection point. In addition, reactive electric power at the grid connection point is fed into the electric grid. Furthermore, a change to be made to be fed active power is detected. It is therefore detected, for example, when the active power is to be increased or decreased in the near future or at a certain point in time. Accordingly, the injected active power is changed.
Dazu wird nun ein Begrenzen einer zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung beim Verändern der eingespeisten Wirkleistung und außerdem oder alternativ unmittelbar danach vorgeschlagen. Dies wird vorgeschlagen, um einer Spannungserhöhung am Transformatorpunkt und/oder im Netzabschnitt entgegen zu wirken.For this purpose, limiting a temporal change of the fed-in reactive power when changing the injected active power and additionally or alternatively immediately afterwards is proposed. This is proposed to counteract a voltage increase at the transformer point and / or in the network section.
Hier wird also gezielt eine zeitliche Veränderung der eingespeisten Blindleistung vorgeschlagen und das kann besonders das Vorgeben einer Rampe, also eines Gradienten bedeuten, oder eines Grenzgradienten, der festlegt, wie schnell maximal die Blindleistung verändert wird. Eine solche Beschränkung wird für die Wirkleistung aber nicht vorgesehen. Die Wirkleistung kann also unmittelbar zu dem Zeitpunkt, zu dem sie reduziert werden muss, reduziert werden. Sie braucht nicht schon vorher reduziert zu werden. Für die Begrenzung der zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung wird dies auch für diesen Zeitpunkt bzw. an diesem Zeitpunkt beginnend oder unmittelbar danach beginnend vorgeschlagen.In this case, a temporal change of the fed-in reactive power is deliberately proposed and this can in particular mean the specification of a ramp, that is to say a gradient, or of a limit gradient, which determines how fast the reactive power is maximally changed. However, such a limitation is not provided for the active power. The active power can therefore be reduced immediately at the time when it has to be reduced. It does not need to be reduced before. For the limitation of the temporal change of the fed-in reactive power, this is also proposed for this time or starting at this time, starting immediately or immediately thereafter.
Ebenso kann dies auch für eine Wirkleistungserhöhung vorgesehen sein. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Wirkleistung erhöht werden soll bzw. besonders zu dem sie erhöht werden darf, wird sie dann auch sofort auf den neuen Wert erhöht, so dass sofort so viel Wirkleistung wie möglich und erlaubt eingespeist werden kann. Es wird dabei vermieden, dass die Wirkleistung von demselben Zeitpunkt aus verlangsamt mit einer Rampe hochgefahren wird, denn dadurch würden sich wieder Ertragsverluste ergeben.Likewise, this can also be provided for an increase in active power. At the time when the active power is to be increased or especially to which it may be increased, it is then immediately increased to the new value, so that immediately as much active power as possible and allowed to be fed. It is thereby avoided that the active power slowed down from the same time is ramped up with a ramp, because this would yield again yield.
Außerdem ist hierdurch auch eine vergleichsweise schnelle und auch einfache Umsetzung möglich, weil bei dieser Variante besonders zur Wirkleistungsreduzierung nicht vorausgeplant werden muss.In addition, this also makes a comparatively fast and easy implementation possible, because in this variant, especially for the reduction of active power does not have to be planned in advance.
Vorzugsweise wird die vorgeschlagene Begrenzung nur temporär durchgeführt, nämlich nur für das Ereignis der Verringerung der Wirkleistungseinspeisung.Preferably, the proposed limitation is performed only temporarily, namely only for the event of reducing the active power feed.
Das Verfahren zur Begrenzung der Blindleistungsgradienten ist besonders Vorteilhaft, wenn der Windpark direkt am
Es wird somit gemäß dieser Variante eine Spannungsregelung vorgeschlagen, bei der die Spannung besonders über eine Blindleistungseinstellung geregelt werden kann. Eine Spannung mittels Einstellen einer Blindleistung zu regeln ist grundsätzlich bekannt, aber hier wird vorgeschlagen, eine solche Regelung nur temporär anzuwenden. Nur für das kurze Ereignis der Wirkleistungsreduzierung wird diese Spannungsregelung vorgeschlagen. Besonders kann ansonsten eine
Insbesondere ist die temporär aktivierte Spannungsregelung nur beim Verändern der eingespeisten Wirkleistung und/oder unmittelbar danach aktiv. Die Spannungsregelung arbeitet so, dass die Spannung am Netzverknüpfungspunkt von einem Wert, der durch das Verändern der eingespeisten Wirkleistung verändert wird, ganz oder teilweise auf einen Wert zurückgeführt wird, den die Spannung am Netzverknüpfungspunkt unmittelbar vor dem Verändern der eingespeisten Wirkleistung aufwies. Hier wird somit besonders vorgeschlagen, die Spannung auf den alten Wert zurückzuführen. Das soll dynamisch erfolgen, um Signalspitzen zu vermeiden. Bspw. kann dafür ein schwingungsfreies Verhalten eines Verzögerungsgliedes zweiter Ordnung vorgegeben werden. Vorzugsweise wird das Verhalten, wie die Spannung geführt, nämlich besonders zurückgeführt werden soll, durch eine Trajektorie fest vorgegeben. Damit ist ein Spannungsverlauf fest vorgegeben und das Verhalten kann dadurch kotrolliert werden. Signalspitzen werden dadurch vermieden.In particular, the temporarily activated voltage regulation is active only when changing the injected active power and / or immediately thereafter. Voltage regulation operates to cause the voltage at the grid junction to be wholly or partially returned to a value that the voltage at the grid node immediately prior to changing the injected active power had changed from a value that is changed by changing the injected active power. Here it is thus particularly suggested to reduce the tension to the old value. This should be done dynamically to avoid signal peaks. For example. For this, a vibration-free behavior of a delay element of second order can be specified. Preferably, the behavior of how the voltage is conducted, namely to be particularly attributed, is fixed by a trajectory. Thus, a voltage curve is fixed and the behavior can be kotrolliert. Signal peaks are avoided.
Vorzugsweise wird die temporär aktivierte Spannungsregelung insbesondere dann durchgeführt, wenn der Netzverknüpfungspunkt unmittelbar mit einem Transformatorpunkt verbunden ist, wenn also keine Anschlussverbindung vorhanden ist bzw. die Anschlussverbindung auf das Blindleistung-Spannungsverhalten keinen oder keinen signifikanten Einfluss hat. Hierzu wurde besonders erkannt, dass kein Einfluss durch eine Anschlussverbindung vorliegt und daher eine unmittelbare Spannungsregelung auf den Referenzpunkt vorteilhaft sein kann.The temporarily activated voltage regulation is preferably carried out in particular if the network connection point is directly connected to a transformer point, ie if there is no connection connection or the connection has no or no significant influence on the reactive power voltage behavior. For this purpose, it has been particularly recognized that there is no influence by a connection connection and therefore an immediate voltage regulation to the reference point can be advantageous.
Vorzugsweise erfolgt das Begrenzen der zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung so, dass die eingespeiste Blindleistung gemäß einer Änderungsfunktion, insbesondere gemäß einer Rampe mit einer dem Betrage nach begrenzten Steigung verändert wird. Es wird somit eine Rampe zum Verändern der Blindleistung vorgegeben und dadurch ein Blindleistungssprung vermieden. Die Steilheit dieser Rampe und damit die Geschwindigkeit der Veränderung der Blindleistung wird hier vorzugsweise als Grenze vorgegeben, so dass diese jedenfalls nicht überschritten wird. Eine geringere Steigung kann aber in Betracht kommen.The limiting of the time-dependent change of the fed-in reactive power preferably takes place in such a way that the fed-in reactive power is changed according to a change function, in particular according to a ramp with a slope limited in magnitude. It is thus given a ramp for changing the reactive power, thereby avoiding a reactive power jump. The steepness of this ramp and thus the speed of the change of the reactive power is preferably given as a limit, so that it is not exceeded in any case. A lower slope may be considered.
Außerdem oder alternativ erfolgt das Begrenzen so, dass für die eingespeiste Blindleistung ein Gradientengrenzwert vorgegeben wird, der eine dem Betrage nach maximale zeitliche Änderung der eingespeisten Blindleistung vorgibt, insbesondere so, dass die eingespeiste Blindleistung mit einem zeitlichen Gradienten geändert wird, der dem Betrage nach den Gradientengrenzwert nicht überschreitet. Auch hierdurch wird durch einen solchen Gradientengrenzwert eine maximale Veränderungsgeschwindigkeit vorgegeben, die nicht überschritten werden kann. Eine schwächere Änderung ist aber zugelassen. Dadurch ist die Veränderung der Blindleistung im Grunde frei wählbar, wird aber hinsichtlich zu starker zeitlicher Änderungen begrenzt.In addition or as an alternative, the limiting takes place in such a way that a gradient limit value is specified for the reactive power fed in, which predetermines a maximum temporal change of the fed reactive power, in particular such that the fed reactive power is changed with a time gradient which corresponds to the magnitude Does not exceed the gradient limit. As a result, a maximum rate of change, which can not be exceeded, is predetermined by such a gradient limit value. A weaker change is allowed. As a result, the change in the reactive power is basically arbitrary, but is limited in terms of excessive changes in time.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Transformator eine Primärseite aufweist, an der der Transformatorpunkt angeschlossen ist, dass der Transformator eine Sekundärseite aufweist, an der der Netzabschnitt angeschlossen ist, und dass der Transformator als Stufentransformator ausgebildet ist und ein Übertragungsverhältnis von der Primärseite zur Sekundärseite einstellen kann, um dadurch eine Spannungshöhe am Transformatorpunkt zu steuern. Somit wird für diese Ausführungsform ein solcher Stufentransformator zugrundegelegt und dafür wird vorgeschlagen, dass die Begrenzung der zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung so erfolgt, dass eine aus der Veränderung der eingespeisten Blindleistung resultierende Spannungsänderung am Transformatorpunkt bzw. an der Primärseite so langsam ist, dass der Stufentransformator sie ausregeln kann.According to one embodiment, it is proposed that the transformer has a primary side to which the transformer point is connected, that the transformer has a secondary side to which the network section is connected, and that the transformer is designed as a step transformer and a transmission ratio from the primary side to the secondary side can adjust, thereby controlling a voltage level at the transformer point. Thus, for this embodiment is based on such a step transformer and it is proposed that the limitation of the change over time of the injected reactive power is such that a resulting from the change in the fed reactive power voltage change at the transformer point or on the primary side is so slow that the tapped transformer she can control.
Hier wurde besonders erkannt, dass die Blindleistung auch die Spannungshöhe an der Primärseite des Transformators beeinflussen kann. Ein dort verwendeter Stufentransformator kann zwar eine Spannungsänderung ausregeln, so dass also eine Spannungsänderung an der Primärseite nicht oder reduziert zu einer entsprechenden Spannungsänderung an der Sekundärseite führt, er kann dies aber nur vergleichsweise langsam.Here it was particularly recognized that the reactive power can also influence the voltage level on the primary side of the transformer. Although a step transformer used there can compensate for a voltage change, so that a voltage change on the primary side does not lead or reduces to a corresponding voltage change on the secondary side, but this can only be done comparatively slowly.
Somit wurde erkannt, die Begrenzung der zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung an die Dynamik des Stufentransformators anzupassen. Besonders durch eine entsprechend flache Rampe zum Steuern der Veränderung der Blindleistung kann entsprechend erreicht werden, dass auch die Spannung an der Primärseite des Stufentransformators sich nur entsprechend langsam verändert. Dabei wird grundsätzlich vorgeschlagen, die Begrenzung der zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung nur dann vorzusehen, wenn eine durchzuführende Änderung der einzuspeisenden Wirkleistung erfasst wurde, wenn also gewollte Gradienten der Wirkleistung bzw. der Blindleistung vorliegen. Die Begrenzung ist also nur temporär vorgesehen und soll nicht jegliche Änderungen begrenzen. Thus, it was recognized to adapt the limitation of the temporal change of the input reactive power to the dynamics of the tapped transformer. In particular, by a correspondingly flat ramp for controlling the change in the reactive power can be achieved accordingly that the voltage on the primary side of the tapped transformer changes only slowly. In this case, it is basically proposed to provide the limitation of the time change of the fed-in reactive power only if a change to be made in the active power to be fed has been detected, that is to say if intentional gradients of the active power or reactive power are present. The limitation is therefore only temporary and should not limit any changes.
Vorzugsweise ist hier vorgesehen, dass für die Veränderung der Blindleistung eine Rampenfunktion vorgegeben wird, die eine Veränderung von einem Blindleistungsanfangswert zu einem Blindleistungsendwert vorgibt und dafür wenigstens eine Dauer von einer Minute vorsieht, insbesondere von wenigstens zwei Minuten und vorzugsweise von wenigstens fünf Minuten. Damit wird die Veränderungsgeschwindigkeit der Blindleistung signifikant begrenzt und im Grunde an eine Dynamik des Stufentransformators angepasst. Dabei ist zu beachten, dass eine Veränderung der Blindleistung, wenn sie nicht wie vorgeschlagen begrenzt wird, durch eine Einspeiseeinheit, die einen Wechselrichter verwendet, in wenigen Sekunden oder noch schneller durchgeführt werden kann. Es wird also eine Verlangsamung um ein Vielfaches gegenüber den technischen Möglichkeiten eines Wechselrichters vorgeschlagen.Preferably, it is provided here that a ramp function is specified for the change of the reactive power, which predefines a change from a reactive power initial value to a reactive power end value and for this provides at least a duration of one minute, in particular of at least two minutes and preferably of at least five minutes. Thus, the rate of change of the reactive power is significantly limited and basically adapted to a dynamic of the tapped transformer. It should be noted that a change in reactive power, if not limited as proposed, can be accomplished in a few seconds or even faster by a feed unit using an inverter. It is therefore proposed a slowdown many times over the technical possibilities of an inverter.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass trotz Begrenzung der zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung für die eingespeiste Wirkleistung keine Begrenzung einer zeitlichen Veränderung vorgesehen ist. Es wird also ausdrücklich vorgeschlagen, für die Wirkleistung und die Blindleistung unterschiedliche Dynamiken vorzusehen, nämlich für die Blindleistung eine sehr langsame Dynamik und für die Wirkleistung eine schnelle bzw. unbegrenzte Dynamik. Die Veränderung der Wirkleistung ist dann nur noch technisch bedingt durch die dezentrale Einspeiseeinheit und insbesondere durch ihren Wechselrichter. Aber selbst eine Veränderung der Leistungsentnahme aus dem Wind bei einer Windenergieanlage kann bei modernen pitchgesteuerten Windenergieanlagen innerhalb weniger Sekunden durchgeführt werden. Eine solche Geschwindigkeit der Veränderung der Wirkleistung soll hier auch zugelassen werden, während die Blindleistung aber in ihrer zeitlichen Veränderung begrenzt ist, nämlich insbesondere im Vergleich zu der genannten Veränderungsgeschwindigkeit der Wirkleistung sehr stark beschränkt ist.In particular, it is proposed that despite limitation of the time change of the fed reactive power for the fed active power no limitation of a temporal change is provided. It is therefore expressly proposed to provide different dynamics for the active power and the reactive power, namely for the reactive power a very slow dynamics and for the active power a fast or unlimited dynamics. The change in the active power is then only technically conditioned by the decentralized feed-in unit and in particular by its inverter. But even a change in power extraction from the wind in a wind turbine can be performed in modern pitch-controlled wind turbines within a few seconds. Such a speed of change of the active power should also be allowed here, while the reactive power is limited in its temporal change, namely, in particular is very much limited compared to the said rate of change of active power.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass beim Verändern der eingespeisten Wirkleistung und/oder unmittelbar danach eine Spannungsregelung am Netzverknüpfungspunkt oder an einem anderen Punkt im Netz, insbesondere der Sekundärseite des Transformators, durchgeführt wird, um die Spannung an diesem Punkt, der somit auch als Regelpunkt bezeichnet werden kann, auf einen Wert auszuregeln, oder entlang einer Trajektorie zu führen, insbesondere entlang einer Rampe.According to one embodiment, it is proposed that when changing the fed active power and / or immediately thereafter a voltage regulation at the network connection point or at another point in the network, in particular the secondary side of the transformer is performed to the voltage at this point, thus also as a control point may be designated to balance to a value, or to guide along a trajectory, in particular along a ramp.
Es wird somit insbesondere vorgeschlagen, dass die Veränderung der Blindleistung temporär in eine Regelschleife eingebunden wird. Diese Regelschleife erfasst die Spannung am Netzverknüpfungspunkt oder einen anderen Punkt bzw. Regelpunkt im Netz, wobei das auch indirekt über einen Messfilter oder Zustandsbeobachter erfolgen könnte, vorzugsweise aber direkt über eine Messung erfolgt, und führt diese so erfasste Spannung am Netzverknüpfungspunkt für die Regelung zurück. Besonders wird dann ein Soll-Istwert-Vergleich durchgeführt, bei dem ein Soll-Spannungswert mit einem Ist-Spannungswert verglichen wird, nämlich mit der erfassten Spannung, und diese Regelabweichung wird dann als Eingangsgröße zur Blindleistungsregelung verwendet. Die Blindleistung wird also in Abhängigkeit einer solchen Spannungsabweichung eingestellt. Hierüber kann auch eine Steuerung der Spannung entlang einer Trajektorie durchgeführt werden, indem nämlich statt eines konstanten Spannungswertes ein Spannungsverlauf als Spannungssollwert vorgegeben wird und mit diesem wird dann der beschriebene Vergleich mit der erfassten Spannung, also mit der Ist-Spannung, durchgeführt.It is thus proposed in particular that the change in the reactive power is temporarily incorporated into a control loop. This control loop detects the voltage at the network connection point or another point or control point in the network, which could also be done indirectly via a measurement filter or state observer, but preferably directly via a measurement, and returns this so detected voltage at the network connection point for the scheme. In particular, a setpoint / actual value comparison is then carried out in which a desired voltage value is compared with an actual voltage value, namely with the detected voltage, and this control deviation is then used as an input variable for reactive power regulation. The reactive power is thus adjusted as a function of such a voltage deviation. This can also be used to control the voltage along a trajectory, namely by specifying instead of a constant voltage value a voltage curve as a voltage setpoint and with this the described comparison with the detected voltage, ie with the actual voltage, is then performed.
Besonders kann durch eine solche Führung der Spannung entlang einer Trajektorie ein gewünschter Spannungsverlauf vorgegeben werden und auch dies kann so erfolgen, dass der Spannungsverlauf zu einer Spannungsänderung nicht nur am Netzanschlusspunkt, sondern auch an der Primärseite des Transformators, also am Transformatorpunkt führt, die der Stufentransformator ausregeln kann. Damit werden also zu starke Spannungsänderungen durch eine gezielte Regelung vermieden.In particular, by such a guidance of the voltage along a trajectory, a desired voltage profile can be predetermined and this can also be done so that the voltage waveform leads to a voltage change not only at the grid connection point, but also at the primary side of the transformer, ie at the transformer point, the step transformer can compensate. Thus, excessive voltage changes are avoided by a targeted regulation.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für das Einspeisen elektrischer Blindleistung eine Leistungsfaktorregelung vorgesehen ist, die auch als cos(φ)-Regelung bezeichnet werden kann. Bei einer solchen Leistungsfaktorregelung wird die eingespeiste Blindleistung in Abhängigkeit der eingespeisten Wirkleistung so eingestellt, dass sich ein vorgegebener Leistungsfaktor, der auch als
Aufgrund der Topologie oder früherer Messungen kann gut bekannt sein, wie sich die Spannung am Netzverknüpfungspunkt als Reaktion auf die Veränderung der Wirkleistung und Blindleistung verändern wird. Insoweit eine solche Veränderung der Spannung nicht gewünscht ist, kann dem durch entsprechende Veränderung des Leistungsfaktors entgegenwirkt werden, besonders so, dass gleich zu Beginn der Veränderung der Wirkleistung der Leistungsfaktor verändert wird, so dass sich die Blindleistung erst gar nicht so verändert, dass eine unerwünscht hohe Spannungsänderung am Netzverknüpfungspunkt oder einem anderen Punkt bzw. Regelpunkt im Netz auftritt.Due to the topology or previous measurements, it may be well known how the voltage at the grid junction will change in response to the change in real power and reactive power. Insofar as such a change in the voltage is not desired, this can be counteracted by a corresponding change in the power factor, in particular so that the power factor is changed right at the start of the change in active power, so that the reactive power does not even change so much that it is undesirable high voltage change at the network connection point or another point or control point in the network occurs.
Jedenfalls wird in beiden Fällen das Ergebnis ein veränderter Leistungsfaktor sein, der nämlich gegenüber der beschriebenen Anfangssituation verändert ist. Es wird nun vorgeschlagen, diesen veränderten Leistungsfaktor zu dem früheren Leistungsfaktor wieder zurückzuführen, nämlich auf den damals und immer noch vorgegebenen Leistungsfaktor. Der Leistungsfaktor wurde also nur vorübergehend verändert, um der Veränderung der Spannung am Netzverknüpfungspunkt, oder einem anderen Punkt bzw. Regelpunkt im Netz entgegen zu wirken. Der Leistungsfaktor wird also wieder zurückgeführt, wobei die Rückführung verzögert und außerdem oder alternativ über eine Zeitfunktion durchgeführt wird.In any case, in both cases, the result will be a modified power factor, which is changed from the described initial situation. It is now proposed to return this changed power factor to the former power factor, namely the power factor then and still provided. The power factor has therefore been changed only temporarily to counteract the change in the voltage at the network connection point, or another point or control point in the network. The power factor is thus fed back again, wherein the feedback is delayed and also or alternatively carried out via a time function.
Es wird also auch hier vorgeschlagen, den Leistungsfaktor nicht über eine Sprungfunktion, die auch als Stufenfunktion bezeichnet werden kann, zurückzuführen, sondern allmählich. Das kann über unterschiedliche Verzögerungen erfolgen, wie bspw. auch über ein PT1-Verhalten, um nur eine Variante zu nennen. Es kann aber auch über eine entsprechende Zeitfunktion zurückgeführt werden und eine einfache Zeitfunktion ist eine entsprechende Rampe, die bei dem temporär veränderten Leistungsfaktor beginnt und bei dem bisherigen, also vorgegebenen Leistungsfaktor endet. Statt einer Rampe kommen aber auch andere Funktionen in Betracht, die sollten möglichst aber keine oder allenfalls kleine Sprungstellen aufweisen.It is also proposed here that the power factor is not due to a step function, which can also be referred to as a step function, but gradually. This can take place via different delays, such as, for example, via a PT1 behavior, to name just one variant. However, it can also be traced back via a corresponding time function and a simple time function is a corresponding ramp which starts at the temporarily modified power factor and ends at the previous, ie predetermined, power factor. Instead of a ramp but also other functions come into consideration, which should as possible but have no or at most small jumps.
Hiermit wird somit eine Lösung für eine übliche Einspeisung unter Verwendung einer Leistungsfaktorregelung zugrundegelegt. Eine solche Leistungsfaktorregelung sieht grundsätzlich vor, einen festen Leistungsfaktor einzuhalten und bei Wirkleistungsänderungen die Blindleistung gemäß diesem Leistungsfaktor immer entsprechend mit zu verändern. Für dieses Regelungskonzept wird vorgeschlagen, es möglichst unverändert zu lassen, für den beschriebenen kritischen Fall der unerwünscht starken Veränderung der Spannung am Netzverknüpfungspunkt aber vorübergehend den Leistungsfaktor zu verändern. Es braucht also nur die beschriebene Leistungsfaktoränderung vorgenommen zu werden und die insgesamt implementierte Leistungsfaktorregelung kann aber bestehen bleiben.This is thus based on a solution for a conventional feed using a power factor control. Such a power factor control basically provides to maintain a fixed power factor and always change the reactive power according to this power factor with active power changes. For this control concept, it is proposed to keep it as unchanged as possible, but to temporarily change the power factor for the described critical case of the undesired strong change in the voltage at the network connection point. Thus, only the described power factor change needs to be made and the overall implemented power factor control can be maintained.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass
- - für das Einspeisen elektrischer Blindleistung eine Leistungsfaktorregelung (cos(φ)-Regelung) vorgesehen ist, bei der die eingespeiste Blindleistung in Abhängigkeit der eingespeisten Wirkleistung so eingestellt wird, dass sich ein vorgegebener Leistungsfaktor
(cos(cp)) ergibt, wobei - - bei der Veränderung der eingespeisten Wirkleistung diese entlang einer Rampe oder Trajektorie verändert wird. Diese Veränderung wird insbesondere in einer Zeit von weniger als einer Minute, insbesondere
im Bereich von 10 Sekunden bis 40 Sekunden durchgeführt.
- - For the supply of electrical reactive power, a power factor control (cos (φ) control) is provided in which the injected reactive power is adjusted depending on the injected active power so that a predetermined power factor
(Cos (cp)) yields, where - - When changing the injected active power this is changed along a ramp or trajectory. This change is carried out in particular in a time of less than one minute, in particular in the range of 10 seconds to 40 seconds.
Dazu wird weiter vorgeschlagen, dass
- - beim Verändern der eingespeisten Wirkleistung entlang der Rampe oder Trajektorie eine Spannungsregelung verwendet wird, um die Spannung an dem Referenzpunkt konstant zu halten, zumindest um einer Spannungsveränderung durch das Verändern der eingespeisten Wirkleistung entgegenzuwirken, wobei die Spannungsregelung dazu die Blindleistung einstellt und die Leistungsfaktorregelung (cos(cp)-Regelung) während dieser Spannungsregelung deaktiviert ist,
- - nach der Veränderung der eingespeisten Wirkleistung ein Blindleistungswert, der aus der Spannungsregelung resultiert, auf einen neuen Blindleistungswert geführt wird, der sich durch die deaktivierte Leistungsfaktorregelung (cos(cp)-Regelung) ergäbe, wobei
- - der Blindleistungswert insbesondere über eine Rampe und/oder Trajektorie auf den neuen Blindleistungswert geführt wird. Für diese Rückführung ist vorzugsweise
ein Zeitraum von 2Minuten bis 10 Minuten vorgesehen, insbesondere ein Zeitraum von 3bis 7 Minuten, Anschließend wird dann die deaktivierte Leistungsfaktorregelung (cos(cp)-Regelung) wieder aktiviert, nämlich sobald der Blindleistungswert den neuen Blindleistungswert erreicht hat.
- - When changing the injected active power along the ramp or trajectory voltage regulation is used to keep the voltage at the reference point constant, at least to counteract a voltage change by changing the injected active power, the voltage control to the reactive power sets and the power factor control (cos (cp) control) is deactivated during this voltage regulation,
- - After the change in the injected active power, a reactive power value resulting from the voltage regulation, is led to a new reactive power value, which would result from the deactivated power factor control (cos (cp) control),
- - The reactive power value is guided in particular via a ramp and / or trajectory to the new reactive power value. For this Feedback is preferably a period of 2 minutes to 10 minutes provided, in particular a period of 3 to 7 minutes, then then the deactivated power factor control (cos (cp) control) is activated again, as soon as the reactive power value has reached the new reactive power value.
Demnach wird auch hier zunächst von einem regulären Einspeisen mit Wirkleistungseinspeisung (
Dann erfolgt ein Ermitteln der Differenz zwischen einem Blindleistungssollwert (Q-Sollwert) entsprechend der Leistungsfaktorregelung (cos(cp)-Regelung) und dem aktuellen Blindleistungswert (Q-Wert) entsprechend der Spannungsregelung. Anschließend erfolgt ein langsames Hinrampen des Blindleistungswertes (Q-Wertes) auf den Wert entsprechend der Leistungsfaktorregelung (cos(cp)-Regelung). Das wird so durchgeführt, dass sich nur eine kontinuierliche Veränderung der Spannung ergibt. Ein Stufensteller. also ein Stelltransformator, kann dann auf diese kontinuierliche Spannungsänderung reagieren.Then, the difference between a reactive power setpoint (Q setpoint) corresponding to the power factor control (cos (cp) control) and the current reactive power value (Q value) is determined according to the voltage regulation. This is followed by a slow ramp-down of the reactive power value (Q value) to the value in accordance with the power factor control (cos (cp) control). This is done so that there is only a continuous change in voltage. A step plate. So a variable transformer, then can respond to this continuous voltage change.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Verändern der eingespeisten Wirkleistung über einen Wirkleistungssprung durchgeführt wird, obwohl hingegen das Verändern der Blindleistung über eine Zeitfunktion, insbesondere über eine Rampenfunktion durchgeführt wird. Hierdurch wird besonders erreicht, dass eine Wirkleistungsänderung möglichst schnell durchgeführt werden kann, um Leistungsverluste zu vermeiden. Unerwünschte Spannungssprünge oder anderweitig unerwünschte Spannungsänderungen, besonders am Netzverknüpfungspunkt oder anderem Punkt im elektrischen Versorgungsnetz, können aber über die nichtsprunghafte Verstellung der Blindleistung vermieden werden. Die Wahl des Punktes, an dem unerwünschte Spannungssprünge oder anderweitig unerwünschte Spannungsänderungen vermieden werden, können von einem Netzbetreiber abhängen, indem er sie bspw. vorgibt.Preferably, it is proposed that the changing of the injected active power is carried out via an active power jump, although, on the other hand, the changing of the reactive power is performed via a time function, in particular via a ramp function. It is thereby achieved in particular that an active power change can be carried out as quickly as possible in order to avoid power losses. Unwanted voltage jumps or otherwise unwanted voltage changes, especially at the grid connection point or other point in the electrical supply network, but can be avoided by the non-jump adjustment of reactive power. The choice of the point at which unwanted voltage jumps or otherwise undesirable voltage changes are avoided, may depend on a network operator by, for example, it pretends.
Vorzugsweise ist die Begrenzung der Änderung der eingespeisten Blindleistung von Art und/oder Größe der Anschlussverbindung abhängig. Hier wurde besonders erkannt, dass die Anschlussverbindung, also insbesondere eine Leitung zwischen dem Netzverknüpfungspunkt und dem Transformatorpunkt, also dem Transformator, in ihrer Impedanz sehr unterschiedlich ausfallen kann. Es können Topologien mit großen und kleinen Impedanzen vorhanden sein, es kann aber besonders auch die Reaktanz, also der Blindanteil der Impedanz sehr unterschiedlich ausfallen. Je nach Leitungsart kann der Blindwiderstand, also der Blindanteil, ähnlich groß wie der ohmsche Widertand, also der Wirkanteil, der Impedanz sein, oder um ein Vielfaches größer als der ohmsche Widerstand. Das hat besonders Auswirkungen auf blindleistungsabhängige Spannungen bzw. darauf wie Blindleistungsänderungen die Spannung verändern. Vorzugsweise wird das bei der Begrenzung der zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung berücksichtigt.Preferably, the limitation of the change of the input reactive power depends on the type and / or size of the connection connection. It was particularly recognized here that the connection connection, that is to say in particular a line between the network connection point and the transformer point, that is to say the transformer, can vary greatly in terms of its impedance. There may be topologies with large and small impedances, but in particular the reactance, ie the reactive component of the impedance, can be very different. Depending on the type of line, the reactance, ie the reactive component, can be as large as the ohmic resistance, ie the active component, the impedance, or many times greater than the ohmic resistance. This has particular effects on reactive power-dependent voltages or on how reactive power changes change the voltage. This is preferably taken into account when limiting the time change of the fed-in reactive power.
Erfindungsgemäß wird auch eine Windenergieanlage vorgeschlagen zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz, wobei
- - die Windenergieanlage zum Einspeisen der elektrischen Leistung an einen Netzverknüpfungspunkt angeschlossen ist,
- - der Netzverknüpfungspunkt über eine Anschlussverbindung mit einem Transformatorpunkt verbunden ist, zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Netzverknüpfungspunkt über die Anschlussverbindung an den Transformatorpunkt,
- - der Transformatorpunkt über einen Transformator mit einem Netzabschnitt verbunden ist, zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Transformatorpunkt über den Transformator zum Netzabschnitt, und die Windenergieanlage umfasst
- - einen Wechselrichter zum Einspeisen elektrischer Wirkleistung in das elektrische Versorgungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt,
- - eine Wechselrichtersteuerung zum Steuern eines Einspeisens elektrischer Blindleistung in das elektrische Versorgungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt, eine Eingabeschnittstelle zum Erfassen einer durchzuführenden Änderung der einzuspeisenden Wirkleistung, wobei
- - die Wechselrichtersteuerung vorbereitet ist zum Verändern der eingespeisten Wirkleistung entsprechend der erfassten, durchzuführenden Änderung, und wobei
- - die Wechselrichtersteuerung vorbereitet ist zum Begrenzen einer zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung beim Verändern der eingespeisten Wirkleistung und/oder unmittelbar danach, um einer Spannungserhöhung am Transformatorpunkt und/oder im Netzabschnitt entgegen zu wirken, und/oder
- - die Wechselrichtersteuerung dazu vorbereitet ist, ein temporäres Aktivieren einer Spannungsregelung in Abhängigkeit des Veränderns der eingespeisten Wirkleistung durchzuführen, um während und/oder unmittelbar nach dem Verändern der eingespeisten Wirkleistung eine Spannungsregelung an einem Referenzpunkt, insbesondere am Netzverknüpfungspunkt durchzuführen, um die Spannung am Referenzpunkt bzw. Netzverknüpfungspunkt dynamisch auszuregeln, und/oder entlang einer Trajektorie zu führen, insbesondere entlang einer Rampe.
- the wind energy installation is connected to a grid connection point for feeding in the electrical power,
- the network connection point is connected to a transformer point via a connection connection, for transmitting the electrical power from the network connection point via the connection connection to the transformer point,
- - The transformer point is connected via a transformer to a network section, for transmitting the electrical power from the transformer point via the transformer to the network section, and the wind turbine comprises
- an inverter for feeding active electrical power into the electrical supply network at the grid connection point,
- an inverter controller for controlling a supply of reactive electric power to the electric utility network at the grid connection point, an input interface for detecting a change in the active power to be fed in, wherein
- - The inverter control is prepared for changing the fed active power according to the detected, to be performed change, and wherein
- - The inverter control is prepared for limiting a change over time of the supplied reactive power when changing the injected active power and / or immediately thereafter to counteract a voltage increase at the transformer point and / or in the network section, and / or
- the inverter control is prepared to temporarily activate a voltage regulation as a function of changing the voltage to perform fed active power to perform during and / or immediately after changing the injected active power voltage regulation at a reference point, in particular at the network connection point to dynamically adjust the voltage at the reference point or network connection point, and / or along a trajectory, in particular along a Ramp.
Besonders wird hier das Einspeisen mittels eines Wechselrichters durchgeführt, der seine Leistung von einem Generator erhält. Der Wechselrichter kann über die Wechselrichtersteuerung angesteuert werden und darüber können auch weitere Verfahrensschritte gesteuert werden. Besonders kann eine solche Wechselrichtersteuerung das Verändern der eingespeisten Wirkleistung entsprechend der erfassten, durchzuführenden Änderung steuern und sie kann auch die zeitliche Veränderung der eingespeisten Blindleistung begrenzen. Besonders kann die Wechselrichtersteuerung dafür jeweils entsprechende Steuerungsregelungsalgorithmen umsetzen und resultierende Sollwerte für die Wirkleistung, Blindleistung und/oder den Leistungsfaktor bzw. Phasenwinkel erzeugen. Diese Sollwerte können dann entsprechend von dem Wechselrichter umgesetzt werden. Hierbei kann auch ein Sollwert für einen einzuspeisenden Strom vorgegeben werden.In particular, the feeding is carried out by means of an inverter, which receives its power from a generator. The inverter can be controlled by the inverter control and also other steps can be controlled. In particular, such an inverter controller can control the changing of the injected active power according to the detected change to be made, and it can also limit the time variation of the supplied reactive power. In particular, the inverter controller can implement corresponding control control algorithms for each and generate resulting setpoint values for the active power, reactive power and / or the power factor or phase angle. These setpoints can then be converted by the inverter accordingly. In this case, a desired value for a current to be fed can also be specified.
Vorzugsweise ist die Windenergieanlage dazu vorbereitet, ein Verfahren gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Dazu können entsprechende Algorithmen in der Wechselrichtersteuerung oder einer anderen Steuereinheit implementiert sein, vorzugsweise ist wenigstens ein Spannungssensor vorgesehen, um eine Spannung am Netzverknüpfungspunkt oder einen anderen Punkt im Netz zu erfassen.Preferably, the wind turbine is prepared to perform a method according to at least one of the embodiments described above. For this purpose, corresponding algorithms can be implemented in the inverter control or another control unit, preferably at least one voltage sensor is provided to detect a voltage at the network connection point or another point in the network.
Erfindungsgemäß wird zudem ein mehrere Windenergieanlagen umfassender Windpark vorgeschlagen, der wenigstens eine erfindungsgemäße Windenergieanlage umfasst, und/oder wenigstens ein Verfahren gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die ein Verfahren zum Einspeisen betreffen, ausführen kann. Dazu kann das entsprechende Verfahren in einer zentralen Steuereinheit des Windparks implementiert sein oder wird durch die Windenergieanlage jeweils einzeln ausgeführt.According to the invention, a wind farm comprising several wind turbines is also proposed which comprises at least one wind energy installation according to the invention, and / or at least one method according to one of the embodiments described above, which relate to a method for feeding. For this purpose, the corresponding method can be implemented in a central control unit of the wind farm or is carried out individually by the wind energy plant.
Erfindungsgemäß wird auch eine Einspeiseanordnung zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgeschlagen, umfassend
- - eine dezentrale Einspeiseeinheit, insbesondere eine Windenergieanlage,
- - einen Netzverknüpfungspunkt,
- - einen Transformator mit einem Transformatorpunkt, wobei
- - die Einspeiseeinheit zum Einspeisen der elektrischen Leistung an den Netzverknüpfungspunkt angeschlossen ist,
- - der Netzverknüpfungspunkt unmittelbar oder über die Anschlussverbindung mit dem Transformatorpunkt verbunden ist, zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Netzverknüpfungspunkt über die Anschlussverbindung an den Transformatorpunkt,
- - der Transformatorpunkt über den Transformator mit einem Netzabschnitt verbunden ist, zum Übertragen der elektrischen Leistung von dem Transformatorpunkt über den Transformator zum Netzabschnitt, und die Einspeiseanordnung umfasst
- - einen Wechselrichter zum Einspeisen elektrischer Wirkleistung in das elektrische Versorgungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt,
- - eine Wechselrichtersteuerung zum Steuern eines Einspeisens elektrischer Blindleistung in das elektrische Versorgungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt, eine Eingabeschnittstelle zum Erfassen einer durchzuführenden Änderung der einzuspeisenden Wirkleistung, wobei
- - die Wechselrichtersteuerung vorbereitet ist zum Verändern der eingespeisten Wirkleistung entsprechend der erfassten, durchzuführenden Änderung, und wobei
- - die Wechselrichtersteuerung vorbereitet ist zum Begrenzen einer zeitlichen Veränderung der eingespeisten Blindleistung beim Verändern der eingespeisten Wirkleistung und/oder unmittelbar danach, um einer Spannungserhöhung am Transformatorpunkt und/oder im Netzabschnitt entgegen zu wirken und/oder
- - die Wechselrichtersteuerung dazu vorbereitet ist, ein temporäres Aktivieren einer Spannungsregelung in Abhängigkeit des Veränderns der eingespeisten Wirkleistung durchzuführen, um während und/oder unmittelbar nach dem Verändern der eingespeisten Wirkleistung eine Spannungsregelung an einem Referenzpunkt, insbesondere am Netzverknüpfungspunkt durchzuführen, um die Spannung am Referenzpunkt bzw. Netzverknüpfungspunkt dynamisch auszuregeln, und/oder entlang einer Trajektorie zu führen, insbesondere entlang einer Rampe.
- a decentralized supply unit, in particular a wind turbine,
- a network connection point,
- - A transformer with a transformer point, where
- the feed unit is connected to the grid connection point for feeding in the electrical power,
- the network connection point is connected directly or via the connection connection to the transformer point, for transmitting the electrical power from the network connection point via the connection connection to the transformer point,
- - The transformer point is connected via the transformer to a network section, for transmitting the electrical power from the transformer point via the transformer to the network section, and the feed arrangement comprises
- an inverter for feeding active electrical power into the electrical supply network at the grid connection point,
- an inverter controller for controlling a supply of reactive electric power to the electric utility network at the grid connection point, an input interface for detecting a change in the active power to be fed in, wherein
- - The inverter control is prepared for changing the fed active power according to the detected, to be performed change, and wherein
- - The inverter control is prepared for limiting a change over time of the supplied reactive power when changing the injected active power and / or immediately thereafter to counteract a voltage increase at the transformer point and / or in the network section and / or
- - The inverter control is prepared to perform a temporary activation of a voltage control in response to changing the injected active power to perform during and / or immediately after changing the injected active power a voltage control at a reference point, in particular at the grid connection point to the voltage at the reference point or To dynamically balance and / or guide along a trajectory, in particular along a ramp.
Die Einspeiseanordnung weist somit wenigstens eine dezentrale Einspeiseeinheit auf, insbesondere eine Windenergieanlage, und zusätzlich auch einen Netzverknüpfungspunkt, eine Anschlussverbindung einen Transformator mit einem Transformatorpunkt. Ansonsten ergibt sich ihre Ausgestaltung und Funktionsweise gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.The feed arrangement thus has at least one decentralized feed-in unit, in particular a wind power plant, and additionally also a grid connection point, a connection connection a transformer with a transformer point. Otherwise, their results Design and operation according to the embodiments described above.
Vorzugsweise weist die Einspeiseanordnung somit eine Windenergieanlage gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer Windenergieanlage auf. Außerdem oder alternativ weist sie einen Windpark gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines Windparks auf. Außerdem oder alternativ ist die Einspeiseanordnung dazu vorbereitet, ein Verfahren gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines Verfahrens auszuführen.The feed arrangement thus preferably has a wind power plant according to at least one embodiment of a wind energy plant described above. Additionally or alternatively, it has a wind farm according to at least one embodiment of a wind farm described above. Additionally or alternatively, the feed arrangement is prepared to carry out a method according to at least one embodiment of a method described above.
Die Wirkung und die Vorteile ergeben sich entsprechend aus den jeweiligen Erläuterungen der jeweiligen Ausführungsformen sinngemäß.The effect and the advantages arise accordingly from the respective explanations of the respective embodiments mutatis mutandis.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren exemplarisch näher beschrieben.
-
1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Darstellung. -
2 zeigt einen Windpark in einer schematischen Darstellung. -
3 zeigt eine Einspeiseanordnung in einer schematischen Darstellung. -
4 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Einspeiseanordnung der3 . -
5 zeigt ein Diagramm einer Einspeiseänderung gemäß dem Stand der Technik. -
6 zeigt ein weiteres Diagramm einer Einspeiseänderung. -
7 zeigt ein Diagramm einer Einspeiseänderung gemäß einer vorgeschlagenen Ausführungsform. -
8 zeigt ein Diagramm einer Einspeiseänderung gemäß einer weiteren Ausführungsform. -
9 zeigt ein Diagramm einer Einspeiseänderung gemäß einer noch weiteren Ausfü h ru ngsform.
-
1 shows a wind turbine in a perspective view. -
2 shows a wind farm in a schematic representation. -
3 shows a feed arrangement in a schematic representation. -
4 shows an equivalent circuit diagram to the feed arrangement of3 , -
5 shows a diagram of a feed change according to the prior art. -
6 shows another diagram of a feed change. -
7 shows a diagram of a feed change according to a proposed embodiment. -
8th shows a diagram of a feed change according to another embodiment. -
9 FIG. 12 is a diagram of a feed change according to yet another embodiment. FIG.
Die Einspeiseanordnung
Das Verbindungskabel
Veranschaulichend ist parallel zum Verbindungskabel
Für diese gezeigte Einspeiseanordnung
Hierdurch kann erreicht werden, dass bei einer ungünstigen oder sogar falschen Parametrisierung einer cos(cp)-Regelung oder -Steuerung Spannungssprünge am Transformator und/oder am Netzverknüpfungspunkt begrenzt werden. Eine solche ungünstige Parametrisierung kann bspw. abhängig eines Blindleistungshaushaltes auftreten, wenn bspw. eine Blindleistungseinspeisung oder -wirkung falsch eingeschätzt wird, oder Blindleistung nicht so geliefert werden kann, wie vorgesehen.In this way, it can be achieved that voltage jumps at the transformer and / or at the network connection point are limited in the case of an unfavorable or even incorrect parameterization of a cos (cp) -control or -control. Such an unfavorable parameterization may, for example, occur depending on a reactive power budget, for example, if a reactive power feed or effect is misjudged, or reactive power can not be delivered as intended.
Bei einer richtigen, optimal oder idealen Parametrisierung wäre der cos(φ) am Netzverknüpfungspunkt so eingestellt, dass die Spannung sich bei einer Leistungsänderung kaum verändern würde. Für den Fall, dass ein Windpark unmittelbar an einer Sammelschiene wie der der Sammelschiene
Die
Entsprechend zeigt
Jedenfalls weist die beispielhafte Verbindungsimpedanz
An die Sammelschiene
Auch hier sind beispielhafte Werte angegeben, die nachfolgend berücksichtigt wurden, die aber auch anders ausfallen können. Jedenfalls betragen die Werte der Transformatorimpedanz
Grundsätzlich kann die Einspeisung von Wirk- und Blindleistung, was auch die negative Einspeisung von Blindleistung beinhaltet, so ausgewählt sein, dass - anschaulich gesprochen - die Blindleistung einer Spannungserhöhung durch die Wirkleistung entgegenwirkt. Dies gilt jedenfalls am Netzverknüpfungspunkt, wenn eine hier dominierende Anschlussverbindung, also eine dominierende Kabelimpedanz der Anschlussverbindung vorhanden ist. Werden nun beide Werte gleich stark verändert, kann dies aber zu einer neuen Situation an einem anderen Punkt führen, bei der dieser Ausgleich nicht mehr vorhanden ist. Das wurde besonders als Problem bei Windparks erkannt, bei denen der Netzverknüpfungspunkt unmittelbar oder mit wenig dominanter Anschlussverbindung mit einem Transformator, insbesondere Umspannwerk, verbunden sind. Das gilt besonders, wenn der Netzverknüpfungspunkt direkt mit dem Transformator verbunden ist, oder sich sogar im Umspannwerk befindet und wenn sich dabei die Windparks in einer cos(φ)-Regelung befinden. Das kann bspw. der Fall sein, wenn eine entsprechende Regelung des Blindleistungshaushaltes das erfordert. Es wurde erkannt, dass in einem solchen Fall der Wirkstrom kaum spannungshebend wirkt, der Blindstrom aber spannungssenkend wirkt. Fehlt in einem solchen Fall der Blindstrom, kommt es bei der Leistungserhöhung zu einer plötzlichen Erhöhung der Spannung.In principle, the injection of active and reactive power, which also includes the negative feed of reactive power, can be selected so that - clearly speaking - the reactive power counteracts a voltage increase by the active power. This applies in any case to the network connection point if a connection connection dominating here, ie a dominant cable impedance of the connection connection, is present. But if both values are changed equally, this can lead to a new situation at another point where this compensation no longer exists. This has been particularly recognized as a problem in wind farms, in which the network connection point are connected directly or with little dominant connection connection to a transformer, in particular a substation. This is especially true if the grid connection point is directly connected to the transformer, or even in the substation and if the wind farms are in a cos (φ) control. This may, for example, be the case if a corresponding control of the reactive power budget requires this. It was recognized that in such a case, the active current hardly acts lift, but the reactive current has a voltage lowering effect. If, in such a case, the reactive current is missing, there is a sudden increase in the voltage during the power increase.
Die nachfolgenden Diagramme veranschaulichen unterschiedliche Möglichkeiten, die Wirk- und Blindleistung zu verändern und zeigen daraus resultierende mögliche Auswirkungen auf.The following diagrams illustrate different ways to change the active and reactive power and show the resulting potential effects.
In dem Diagramm der
Als Ergebnis bzw. als damit zusammenhängende Folgen können sich sowohl die Spannung
Es ist zu erkennen, dass die Reduzierung der Wirkleistung
Bei der Spannung Uss an der Sammelschiene verhält es sich etwas anders, weil besonders die Transformatorimpedanz
Problematisch ist hierbei besonders, dass dieser Spannungsanstieg so schnell, nämlich unmittelbar mit der Wirkleistungsreduzierung und Blindleistungsreduzierung einhergeht, dass ein Stufentransformator dies nicht schnell genug kompensieren kann. Besonders der Transformator
Als erste Gegenmaßnahme wird im Stand der Technik vorgeschlagen, die Wirkleistung
Aus
Um das zu vermeiden, wird gemäß einer Ausführungsform ein langsames Reduzieren der Blindleistung vorgeschlagen, wie
Gemäß dieser Ausführungsform, die in dem Diagramm der
Jedenfalls bricht aber die Spannung Uss an der Sammelschiene
Die eingespeiste Blindleistung
Der starke Einbruch der Spannung
Im Grunde wird auch hier durch die allmähliche Veränderung der Blindleistung eine allmähliche Veränderung der Spannung Uss an der Sammelschiene erreicht, die durch einen Stufentransformator ausgeglichen werden kann. Die hier vorgeschlagene Lösung schafft aber, dass dennoch die Wirkleistung erst stufenförmig zum Reduktionszeitpunkt
Insbesondere wird hier eine solche zusätzliche Blindleistungssteuerung durchgeführt, die genau so viel und in einer entsprechenden Art Blindleistung einspeist, dass die Spannung Uss an der Sammelschiene durch das Sinken der Wirkleistung
Die zusätzliche Blindleistung bei der Blindleistungssteuerung kann grundsätzlich auch durch die Wechselrichter der Windenergieanlagen bereitgestellt werden. Der Steuerwert kann dabei zu einem Blindleistungswert einer Phasenwinkelregelung addiert werden. Der Sollwert kann z.B. durch eine zentrale Parkregelung, die auch als
Als weitere Varianten wird vorgeschlagen, dass als Stellglied zum Erzeugen zusätzli9cher Blindleistung eine andere Windenergieanlage oder ein anderer Windpark, ein STATCOM oder andere Kompensationsmechanismen zum Einsatz kommen.As further variants, it is proposed that a different wind energy installation or another wind farm, a STATCOM or other compensation mechanisms be used as an actuator for generating additional reactive power.
Nachteilig kann hierbei besonders sein, dass eine solche zusätzliche Blindleistungssteuerung aufwändig ist.The disadvantage here may be particularly that such an additional reactive power control is complex.
Bei Windparks, die nicht direkt an der Sammelschiene angeschlossen sind, kann es einen Zielkonflikt darstellen, wenn diese Spannungsänderungen sowohl am Netzverknüpfungspunkt, als auch an der Sammelschiene begrenzen müssen.For wind farms that are not directly connected to the busbar, it may be a conflict of interest if they must limit voltage changes both at the grid connection point and at the busbar.
In diesem Fall kann es kritisch sein, wenn der Windpark über Vorgabe eines cos(φ) Blindleistung regelt. Eine Regelung der Blindleistung kann auch als Reglung des Blindleistungshaushalts des Windparks bezeichnet werden kann. Ein besonders kritischer Fall ist, wenn hier die Blindleistungsregelung, besonders der vorgegebene Leistungsfaktor, also cos(cp), nicht oder nicht genau genug zum System passt. Hierbei kann auch ein Blindleistungshaushalt berücksichtigt werden, falls bspw. ein Netzbetreiber einen Blindleistungshaushalt vorgibt.In this case, it can be critical if the wind farm regulates the specification of a cos (φ) reactive power. A regulation of the reactive power can also be called regulation of the reactive power budget of the wind farm. A particularly critical case is when the reactive power control, especially the given power factor, ie cos (cp), does not fit or does not fit exactly enough to the system. In this case, a reactive power budget can also be taken into account if, for example, a network operator specifies a reactive power budget.
Bei
Das kann bei der beispielhaften Topologie gemäß
Wenn der Park, anders als die beispielhafte Topologie der
Durch diese Maßnahme wird die Spannung
Gleichzeitig springt aber die Spannung Uss an der Sammelschiene durch diese Maßnahme zum Reduktionszeitpunkt
Gemäß einer Variante wird vorgeschlagen, beide Sprünge, also der Sprung der Spannung USS an der Sammelschiene und der Blindleistungssprung, auf ein vorgegebenes Maß zu begrenzen. Hierzu kann ein kleiner Blindleistungs-Sprung zugelassen werden, um anschließend die Blindleistung mit einer Rampe zurückzuführen. Dadurch kann erreicht werden, dass statt eines großen Sprungs der Spannung USS an der Sammelschiene, dort nur ein kleiner Sprung auftritt, während am Netzverknüpfungspunkt außerdem ein kleiner Spannungssprung in Kauf genommen wird. An diesen beiden Punkten springt somit die Spannung in unterschiedliche Richtungen, aber der Sprung teilt sich auf zwei kleine Sprünge auf.According to a variant, it is proposed to limit both jumps, ie the jump of the voltage USS at the busbar and the reactive power jump, to a predetermined extent. For this purpose, a small reactive power jump can be allowed in order to subsequently return the reactive power with a ramp. It can thereby be achieved that instead of a large jump in the voltage USS at the busbar, there occurs only a small jump, while at the network connection point also a small voltage jump is accepted. At these two points the tension jumps in different directions, but the jump splits up into two small jumps.
Es ist aber zu beachten, dass die Verbindungsimpedanz
Insoweit veranschaulicht die
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